新疆某水利樞紐魚道進口設計與研究

李 梅，禹作利

(中水北方勘測設計研究有限責任公司，天津 300222)

1 工程概況

新疆某水利樞紐工程由混凝土拱壩、水墊塘及二道壩、發(fā)電引水系統(tǒng)和電站、生態(tài)放水洞、過魚建筑物等組成，水庫總庫容3.68億m3，電站裝機容量160MW。混凝土拱壩為拋物線型雙曲拱壩，最大壩高167.5m。

根據(jù)環(huán)境保護要求，主要過魚季節(jié)為每年4-7月份。過魚期間上游庫水位變幅范圍為814.00m-876.00m，下游魚道進口水位變幅范圍為732.45m-733.40m。過魚建筑物采用“魚道+升魚機”方式。

2 過魚建筑物布置

根據(jù)壩址處地形及樞紐總體布置情況，升魚機設置在壩頂，魚道布置在水墊塘左岸。魚道進口設于二道壩下游側左岸，距二道壩中心線約17m處，魚道自下游延伸至拱壩壩腳，總長234.35m。魚道沿水流方向分為供水閥室、消力池、集魚斗池、趕魚柵池、普通池室、休息池室、補水閥室及魚道進口。魚道進口設于二道壩下游側左岸邊墻處，底高程為731.25m。供水閥室、消力池、集魚斗池及趕魚柵池設置在拱壩壩腳。補水閥室設在魚道與水墊塘左邊墻之間。魚道通過調流閥控制達到滿足0.28m/s-1.08m/s的誘魚流速要求。將魚誘至升魚斗后，通過升魚小車啟閉機將升魚斗提升并放置在位于739.00m高程處的運魚車上，由運魚車將升魚斗運至拱壩下游側739.00m高程的升魚機鋼塔架內，用壩頂門機將升魚斗升至壩頂，水平運輸至上游側并將升魚斗垂直下放至庫水水面，將魚卸放至庫內[1]。

3 魚道進口設計

3.1 進口布置原則

1)魚道進口應布置于魚類聚集水域。工程建設改變了河道的水力條件，各種魚類為自己選擇與它們生活特點相適應的水域。通過對已建成水利水電樞紐魚類聚集情況的調研分析發(fā)現(xiàn)，魚類逆流而上，魚類聚集在經(jīng)常有水流下泄處。因此，魚道進口應盡可能靠近二道壩處。

2)魚道進口應具有合適的水流條件，根據(jù)魚類游泳能力試驗研究》報告，魚道進口誘魚流速為0.28-1.08m/s。

3.2 進口附近水流流場研究

通過建立二維數(shù)學模型，對不同補水流量下進魚口附近水流流場結構進行模擬。在對結果進行分析的基礎上對其流場結構的合理性進行評價，提出相應的改善措施和建議。

3.2.1 計算工況

數(shù)學模型對不同水位組合、不同補水流量工況進行了模擬研究。數(shù)模計算工況見表1。

3.2.2 計算成果分析

1)原地形布置數(shù)模計算成果分析

魚道進口附近的河道水流流速整體偏小，這與二道壩下游地形有關，在條件允許情況下，需對河道底高程進行調整。

表1 數(shù)模計算工況表

2)調整方案1數(shù)模計算成果分析

圖1 調整后的魚道入口布置

數(shù)模計算結果與原進口地形布置方案相比，兩種水位組合下其流場結構大體相似，魚道進口附近同樣具有較為明顯的流速梯度，便于魚類發(fā)覺并進入；由于沒有對河道地形進行調整，因此魚道進口附近的河道流速依舊偏小。

3)調整方案2數(shù)模計算成果分析

圖2 河道底高程抬高后的魚道進口布置方案

抬高底高程后，魚道進口附近河道流速有了明顯增加，普遍超過了目標魚類的感應流速，較為合理；河道底高程抬高至730.00m后，進口附近水流流場結構較好，存在偏向魚道入口的流速梯度，且水流整體較為平順，無漩渦及其他流速屏障存在。

4)調整方案3數(shù)模計算成果分析

圖3 調整方案3魚道進口布置型式

該魚道進口布置型式與原進口地形布置方案相比，水流條件有較大的改善，魚道進口主流與河道水流呈一定角度，便于目標魚類發(fā)現(xiàn)并進入；在主要過魚季節(jié)魚道進口附近流場結構較為平順，不存在水流渦旋等不良水流條件；從整體上看，魚道進口附近的流速指標基本滿足過魚要求。但是在4月份水位組合工況下，魚道進口與下游河道主流之間存在一定范圍的低流速區(qū)(流速在0.1m/s左右)，可能會降低目標魚類發(fā)現(xiàn)魚道入口的幾率。

3.3 整體物理模型試驗

在二維水流流場計算分析的基礎上，對原地形布置方案和優(yōu)化調整后的魚道推薦布置方案分別開展了整體物理模型試驗研究，試驗結果表明：原地形布置方案魚道進口段水流流速偏小，僅略大于目標魚類的感應流速，可能會降低過魚效果。推薦布置方案魚道進口段水流流速有所增加，較好的滿足了魚道設計要求；通過對魚道增設補水系統(tǒng)并對其補水流量進行對比分析，最終建議過魚設施的補水流量宜控制在0.4m3/s-0.5m3/s，推薦4月份水位組合時補水0.4m3/s，5-7月份水位組合時適當加大補水量，補水0.5m3/s。

3.4 魚道進口布置型式確定

通過對以上幾種魚道進口布置型式的數(shù)模計算結果及整體物理模型試驗結果分析來看，魚道進口布置方案應采用調整方案3魚道進口布置型式。

4 結 語

魚道進口段水流流速對吸引目標魚類進入魚道至關重要。文章以新疆某樞紐工程為例，通過數(shù)模計算及整體物理模型試驗等結果分析，確定了過魚建筑物進口布置型式。